Automóvil
Diseño de automóviles
El automóvil moderno es un sistema técnico complejo que emplea subsistemas con funciones de diseño específicas. Algunos de ellos están formados por miles de componentes que han evolucionado a partir de avances en la tecnología existente o de nuevas tecnologías como los ordenadores electrónicos, los plásticos de alta resistencia y las nuevas aleaciones de acero y metales no ferrosos. Algunos subsistemas han surgido como resultado de factores como la contaminación atmosférica, la legislación sobre seguridad y la competencia entre fabricantes de todo el mundo.
Los principales componentes funcionales de un automóvil.
Los automóviles de pasajeros se han convertido en el principal medio de transporte de las familias, y se calcula que hay 1.400 millones en funcionamiento en todo el mundo. Aproximadamente una cuarta parte de ellos se encuentran en Estados Unidos, donde se recorren más de tres billones de millas (casi cinco billones de kilómetros) cada año. En los últimos años, los estadounidenses tienen a su disposición cientos de modelos diferentes, aproximadamente la mitad de ellos de fabricantes extranjeros. Para aprovechar sus propios avances tecnológicos, los fabricantes introducen nuevos diseños cada vez con más frecuencia. Con unos 70 millones de unidades nuevas construidas cada año en todo el mundo, los fabricantes han sido capaces de dividir el mercado en muchos segmentos muy pequeños que, sin embargo, siguen siendo rentables.
Se reconoce que los nuevos avances técnicos son la clave del éxito de la competencia. Los ingenieros y científicos de investigación y desarrollo han sido empleados por todos los fabricantes y proveedores de automóviles para mejorar la carrocería, el chasis, el motor, la transmisión, los sistemas de control, los sistemas de seguridad y los sistemas de control de emisiones.
Estos extraordinarios avances técnicos no se realizan sin consecuencias económicas. Según un estudio de Ward’s Communications Incorporated, el coste medio de un coche nuevo estadounidense aumentó en 4.700 dólares (en términos del valor del dólar en el año 2000) entre 1980 y 2001 debido a los requisitos obligatorios de seguridad y control de emisiones (como la incorporación de airbags y catalizadores). En los años siguientes se siguieron implantando nuevos requisitos. La incorporación de la tecnología informática fue otro de los factores que impulsaron la subida de los precios de los coches, que aumentaron un 29% entre 2009 y 2019. Esto se suma a los costes de consumo asociados a las mejoras de ingeniería en el ahorro de combustible, que pueden verse compensados por la reducción de las compras de combustible.
El diseño de los vehículos depende en gran medida de su uso previsto. Los automóviles destinados a un uso fuera de la carretera deben ser sistemas duraderos y sencillos con una gran resistencia a las sobrecargas severas y a las condiciones extremas de funcionamiento. Por el contrario, los productos destinados a sistemas de carretera de alta velocidad y acceso limitado requieren más opciones de confort para los pasajeros, un mayor rendimiento del motor y un manejo optimizado a alta velocidad y estabilidad del vehículo. La estabilidad depende principalmente de la distribución del peso entre las ruedas delanteras y las traseras, de la altura del centro de gravedad y de su posición con respecto al centro de presión aerodinámico del vehículo, de las características de la suspensión y de la selección de las ruedas utilizadas para la propulsión. La distribución del peso depende principalmente de la ubicación y el tamaño del motor. La práctica común de los motores montados en la parte delantera aprovecha la estabilidad que se consigue más fácilmente con esta disposición. Sin embargo, el desarrollo de los motores de aluminio y los nuevos procesos de fabricación han hecho posible situar el motor en la parte trasera sin comprometer necesariamente la estabilidad.
Carrocería
Los diseños de las carrocerías de los automóviles suelen clasificarse según el número de puertas, la disposición de los asientos y la estructura del techo. Los techos de los automóviles se apoyan convencionalmente en pilares a cada lado de la carrocería. Los modelos descapotables con techo de tela retráctil se apoyan en el pilar del lado del parabrisas para la resistencia de la parte superior de la carrocería, ya que los mecanismos descapotables y las áreas de cristal no son esencialmente estructurales. Las zonas acristaladas se han aumentado para mejorar la visibilidad y por razones estéticas.
El Fiat 600, presentado en 1956, era un coche económico y práctico con un estilo sencillo y elegante que lo convirtió instantáneamente en un icono de la Italia de posguerra. Su motor transversal montado en la parte trasera producía suficiente potencia y ahorraba el espacio necesario para que el habitáculo pudiera albergar fácilmente a cuatro personas.
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El elevado coste de las nuevas herramientas de fábrica hace que no sea práctico para los fabricantes producir diseños totalmente nuevos cada año. Por lo general, los diseños completamente nuevos se han programado en ciclos de tres a seis años, en los que generalmente aparecen pequeños refinamientos durante el ciclo. En el pasado, se necesitaban hasta cuatro años de planificación y compra de nuevas herramientas para un diseño completamente nuevo. El diseño asistido por ordenador (CAD), las pruebas mediante simulaciones por ordenador y las técnicas de fabricación asistida por ordenador (CAM) pueden utilizarse ahora para reducir este requisito de tiempo en un 50% o más. Véase máquina herramienta: Diseño asistido por ordenador y fabricación asistida por ordenador (CAD/CAM).
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Las carrocerías de los automóviles suelen ser de chapa de acero. El acero se alea con varios elementos para mejorar su capacidad de ser formado en depresiones más profundas sin arrugarse o desgarrarse en las prensas de fabricación. El acero se utiliza por su disponibilidad general, su bajo coste y su buena trabajabilidad. Sin embargo, para determinadas aplicaciones se utilizan otros materiales, como el aluminio, la fibra de vidrio y el plástico reforzado con fibra de carbono, debido a sus propiedades especiales. Los plásticos de poliamida, poliéster, poliestireno, polipropileno y etileno se han formulado para obtener una mayor dureza, resistencia a las abolladuras y a la deformación frágil. Estos materiales se utilizan para los paneles de la carrocería. El utillaje para los componentes de plástico suele costar menos y requiere menos tiempo de desarrollo que el de los componentes de acero y, por lo tanto, puede ser cambiado por los diseñadores a un coste menor.
Para proteger las carrocerías de los elementos corrosivos y mantener su resistencia y apariencia, se utilizan procesos especiales de imprimación y pintura. Las carrocerías se sumergen primero en baños de limpieza para eliminar el aceite y otras materias extrañas. A continuación, se someten a una sucesión de ciclos de inmersión y pulverización. El esmalte y la laca acrílica son de uso común. La electrodeposición de la pintura pulverizada, un proceso en el que la pintura pulverizada recibe una carga electrostática y es atraída a la superficie por un alto voltaje, ayuda a garantizar que se aplique una capa uniforme y que se cubran las zonas de difícil acceso. Para acelerar el proceso de secado en la fábrica se utilizan hornos con líneas de transporte. El acero galvanizado con un revestimiento protector de zinc y el acero inoxidable resistente a la corrosión se utilizan en las zonas de la carrocería más propensas a la corrosión.